生物柴油调和对重质燃料油热解动力学及燃烧性能的协同效应研究

为解决重质燃料油（HFO）环境问题，研究人员借助热重分析（TGA）等开展 HFO、生物柴油及其 B24 混合燃料热解与燃烧行为研究。发现 B24 活化能降 23.85%，Di、Dc升 59.94% 和 36.52%，为替代燃料提供依据。

　　在全球贸易中，海运承担着 90% 的货运量，但其带来的环境问题不容小觑，仅 2018 年国际海运就贡献了 746.2 Tg 的 CO₂排放，且预计到 2050 年 CO₂排放量相较 2012 年将增长 2.5 倍。国际海事组织（IMO）为此制定了严格的减排目标，要求到 2030 年和 2040 年分别减少至少 20% 和 70% 的温室气体（GHG）排放，最终在 2050 年实现净零排放。重质燃料油（HFO）作为海运的主要燃料，虽能量密度高，但燃烧会释放有害污染物。因此，寻找可持续的替代燃料成为当务之急，生物柴油因其绿色环保特性被视为极具潜力的候选。然而，生物柴油与 HFO 的共热解和共燃烧特性及协同效应尚不明确，亟需深入研究。

为解决上述问题，国内研究人员开展了生物柴油与 HFO 及其混合燃料（B24，含 24% 生物柴油）的热解和燃烧行为研究，相关成果发表在《Fuel》。

研究人员主要采用热重分析（TGA）和逸出气体分析（EGA）技术，在氮气和空气氛围下、不同升温速率条件中，对 HFO、生物柴油及 B24 混合燃料进行分析，以评估燃料的热解和燃烧特性、量化动力学参数，并探究 B24 作为船用燃料的环境潜力。

燃料热解行为

通过热重（TG）和微商热重（DTG）曲线分析发现，在氮气氛围下，HFO 和 B24 的热解挥发分释放分为两个阶段，而纯生物柴油（B100）呈单步过程。相较于 HFO，B100 在更窄温度范围内热解反应更迅速，这表明生物柴油的加入改变了 HFO 的热解路径，使其组分能在更低温度下发生反应。

动力学参数分析

研究得出，B24 混合燃料热解过程的表观活化能较 HFO 显著降低 23.85%。活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量，其降低意味着反应更易进行。这一结果说明生物柴油与 HFO 混合后产生了协同效应，有效提升了热解反应的活性。

燃烧性能评估

燃烧特性参数显示，与 HFO 相比，B24 的着火指数（D_i）和燃烧指数（D_c）分别提高了 59.94% 和 36.52%，表明其点火性能和燃烧特性得到明显改善。同时，B24 的燃烧路径改变，促使 HFO 组分在较低温度下反应，有助于提高燃烧效率。

环境效益分析

综合热解和燃烧行为研究，B24 混合燃料在提升燃烧效率的同时，可减少污染物排放，展现出作为替代船用燃料的潜力，符合 IMO 的减排要求，为海运行业的脱碳进程提供了新的思路和方向。

研究表明，生物柴油与 HFO 的 B24 混合燃料在热解和燃烧过程中表现出显著的协同优势，不仅降低了活化能，改善了燃烧性能，还具备环保效益。该研究为船用柴油发动机的燃烧优化和排放控制技术提供了有价值的参考，有助于推动海运行业向低碳、可持续方向发展，对实现全球碳中和目标具有重要意义。